我国高温高含冰量冻土力学特性研究现状(2)

马小杰等：我国高温一高含冰量冻土力学特性研究现状

２ｌ

亚砂一０．６℃、亚粘土一１．０℃、粘土一１．５ｏＣ。并且明确指出：所有负温值高于坚硬冻结状态之特征值的高温冻结粘土和亚粘土均属塑性冻土，这类土甚至在保持其冻结状态时都可能使地基基础产生明显的沉降。随后又特别指出：迄今为止，在工程师中普遍认为处于负温状态的冻土地基在压力作用下是不可压缩体。但是，这种观点只对低温冻土才大体适用，而对高温冻土则是不正确的。崔托维奇的研究结果表明，高温冻土的压缩作用是一种非常复杂的物理、力学过程，这种过程受其所有成分的变形性质及迁移作用控制，由于问题的复杂性，目前还没有得出预报冻土渗透迁移变形随时间变化的计算方法，因此在预报位于高温冻土上建筑物的沉降时，仅限于根据冻土的总相对压缩系数、一定的外荷载以及有效的压缩层厚度来确定总的压密（固结）沉降量，而无法将它分解为渗透迁移变形（初固结）及衰减蠕变变形（次固结）两部分。维亚洛夫旧１指出温度对冻土力学性质具有巨大影响，在自然地层中接近于０ｏＣ的冻土并处于剧烈相变区，土体温度的不大改变就会导致其的变形及强度实质性变化。

由此可见，系统地开展高温、高含冰量冻土的力学特性试验研究，揭示高含冰量冻土在高温剧烈相变区的力学特征和参数，对于促进冻土强度及流变学理论的发展具有十分重要的理论价值。

２研究现状

为了保证多年冻土地区建筑物地基基础的稳定性，我国冻土学者对冻土力学性质的研究付出了坚持不懈的努力。但由于受当时试验条件所限，加之问题本身的复杂性，大量的试验均在较低的温度条件下进行，对高温、高含冰量冻土，尤其是温度接近０℃的冻土研究甚少。根据掌握的文献资料，主要有以下几个方面的工作：

朱元林川曾经对青藏高原风火山亚粘土及兰州中砂在冻结（一０．３一一０．７℃）状态下的压缩性进行了试验研究，结果表明：温度是影响冻土压缩系数的主要因素，冻土的相对压缩系数随温度的升高而增大。特别值得注意的是，无论对冻结粘土还是冻结砂土，压缩系数随温度的变化在“高温”区间（０一一１．０ｏＣ）非常剧烈，即使负温的微小变化也会引起压缩系数的大辐度变化，高温冻土的压缩系数具有可观的量级。

吴紫汪哺１通过大量的试验研究发现，水分对冻土的流变性具有重要影响。冻土蠕变一般有衰减型和非衰减型两种，除应力大小的影响外，水分是一个重要的因素。当冻土中含水（冰）量超过一定数量时，即使在较小荷载下亦属非衰减型蠕变，多年冻土地区地下冰在不同荷载下均发生非衰减型蠕变。朱元林一’曾对青藏高原地下冰开展现场蠕变试验研究，得出结论：当应力大于０．０７ＭＰａ、温度高于一０．４０℃时，地下冰（含冰量８０％～９０％）总是发生非衰减型蠕变，高温、高含冰量冻土的长期强度很小。

为科学预测青藏铁路路基沉降变形，马小

杰¨则叫１２１对高温一高含冰量冻结粘土进行了比较系统的室内外试验研究，主要工作如下。

（１）开展了高温一高含冰量冻土室内单轴压缩试验，研究了高温一高含冰量冻土强度特征与温度、含水量之间的关系。

（２）开展了高温一高含冰量冻土室内蠕变试验，系统研究高含冰量冻土在高温条件下的流变特性，建立了冻土变形模型，确定了相应参数。

（３）应用钻孔旁压仪在高温一高含冰量冻土路基段开展原位旁压试验，确定了高温一高含冰量多年冻土强度、剪切模量与温度、含水量之间的关系，确定了路基对下部高温一高含冰量多年冻土强度、剪切模量的影响程度。

（４）应用钻孔旁压仪在高温一高含冰量冻土路基段开展原位旁压蠕变试验，查明高温一高含冰量多年冻土的流变特性，确定蠕变参数及温度和含水量对其的影响程度。

（５）应用核磁共振仪，测定高温一高含冰量冻土中未冻水含量，研究高温一高含冰量冻土未冻水含量与温度、含水量之间的关系；查明高温一高含冰量冻土强度及蠕变特性与低温冻土或低含冰量冻土不同

的原因。３结语

通过广大学者的努力，我国已在高温一高含冰量冻土力学特性研究方面取得了丰硕的成果；但是，高温一高含冰量冻土在低应力状态下的长期蠕变特性及高含冰量冻土在高温状态下的水分迁移等问题还有待深入研究，且与青藏铁路路基沉降变形精确预测的要求还存在一定差距，因此，尚需广大冻土工程界共同努力，不断探索。参考文献：

【１］程困栋．用冷却路基的方法修建青藏铁路［Ｊ］．中国铁道科学，２００３，

２４（３）：１—４．

［２］程国栋．青藏高原多年冻土区路基工程地质研究［Ｊ］．第四纪研究。

２００３，２３（２）：１３４—１４１．

［３］王志坚．青藏铁路建设中的冻土工程问题［Ｊ］．中国铁路，２００２

（１２）：３ｌ一３７．

［４］张建明．青藏高原冻土路基稳定性及公路工程多年冻土分类研究［Ｄ］．

中国科学院博士研究生学位论文。２００３：１—９．

［５］崔托维奇Ｈ．Ａ著．张长庆，朱元林译．冻土力学［Ｍ］．北京科学出

版社，１９８５．

［６］Ｃ．Ｃ维亚洛夫著．刘建坤，刘尧军，徐艳译．冻土流变学［Ｍ］．北

京：中国铁道出版社．２００５：３８—８８．［７］朱元林，张家懿．冻土的弹性变形及压缩变形［Ｊ］．冰川冻土，１９８２，

４（３）：２９一柏．［８］吴紫汪．张家懿，朱元林．水分对冻土流变的作用［Ｃ］．第二届全国

冻土学术会议论文选集．兰州：甘肃人民出版社．１９８３：３０９－３１３．

［９］朱无林，刘永智，谢先德．青藏高原地下冰现场蠕变试验研究［Ｍ］．

北京：科学ｍ版社：１２４—１３０．

［１０］马小杰，张建明，常小晓，郑波，张明义．高温一高含冰量冻土蠕变

试验研究［Ｊｊ．岩土工程学报，２００７，２９（６）：８４８—８５２．

［１１］马小杰，张建明，郑波，李双洋．青藏铁路路基下高温一高含冰量冻

土旁压试验研究［Ｊ］．冻土工程国家重点实验室年报，２００６．１５

（６）：２１６—２２４．

［１２］马小杰，张建明．郑波，李双洋，旁压仪在现场蠕变试验研究中的应

用［Ｊ］．冻土工程国家重点实验室年报，２００６．１５（６）：２０５—２１５．

收稿日期：２００７—１ｌ—１４